CN114102668B - 一种应用于轨道机器人的反馈缓冲底盘的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种应用于轨道机器人的反馈缓冲底盘的控制方法，设置有反馈缓冲底盘，该底盘包括底盘主板、动力机构、编码器测距机构、轨道抱紧快拆机构和从动轮组；动力机构设置在底盘主板的板面前端，轨道抱紧快拆机构与底盘主板的板面后端铰接并与动力机构可拆卸连接，轨道抱紧快拆机构与动力机构连接后，轨道抱紧快拆机构、底盘主板和动力机构之间形成抱紧轨道的滑动空间；从动轮组设置在轨道抱紧快拆机构上并位于滑动空间内；编码器测距机构设置在轨道抱紧快拆机构上并位于滑动空间内。本发明可解决现有技术中因环境复杂导致机器人定位不精确的问题，从而提高机器人运动的稳定性和定位的精确度。另外，本发明可便于拆装维修，从而提高实用性。
Description
技术领域
本发明涉及机器人底盘技术领域，更具体地说，涉及一种应用于轨道机器人的反馈缓冲底盘的控制方法。
背景技术
现有大中型企业通常会使用轨道工业监控摄像头对生产加工进行监测，以及使用轨道式工业机器人等轨道式生产工具提高生产效率、生产质量。
而现在的轨道移动机器人使用的底盘中，反馈装置大多采用激光测距进行限位和保护的装置。然而，激光测距方式易受环境影响，如光照、阴影和粉尘等都对测距结果造成影响，不仅使机器人无法按计划正常运动，而且还影响机器人运动的精度和效果。
另外，现有的轨道移动机器人缓冲底盘是无法进行快拆的，导致内部部件的维修、更换或整体的拆装均不便利，从而影响底盘的实用性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种应用于轨道机器人的反馈缓冲底盘的控制方法，其可解决现有技术中因环境复杂导致机器人定位不精确的问题，从而提高机器人运动的稳定性和定位的精确度。本发明的反馈缓冲底盘可便于拆装维修，从而可提高实用性。本发明还提供一种反馈缓冲底盘的控制方法，该控制方法可对底盘运动的位置进行调整纠正，从而进一步提高机器人定位的精确度。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种应用于轨道机器人的反馈缓冲底盘，其特征在于：包括底盘主板、动力机构、编码器测距机构、轨道抱紧快拆机构和从动轮组；所述动力机构设置在底盘主板的板面前端，轨道抱紧快拆机构与底盘主板的板面后端铰接并与动力机构可拆卸连接，轨道抱紧快拆机构与动力机构连接后，轨道抱紧快拆机构、底盘主板和动力机构之间形成抱紧轨道的滑动空间；所述从动轮组设置在轨道抱紧快拆机构上并位于滑动空间内；所述编码器测距机构设置在轨道抱紧快拆机构上并位于滑动空间内；当反馈缓冲底盘通过滑动空间在轨道运动时，通过与轨道相触的编码器测距机构获取反馈缓冲底盘的位置信息以反馈控制缓冲底盘的运动定位。
在上述方案中，本发明反馈缓冲底盘采用的编码器测距机构相比于传统的激光测距机构，编码器测距机构可以适用于传统激光测距不能正常使用的复杂环境，同时编码器测距机构读取数据比激光测距更加准确，可以精确定位，以及可以自由设置在反馈缓冲底盘上机器人的移动轨迹，大大提升机器人运动的稳定性。另外，本发明采用轨道抱紧快拆机构、底盘主板和动力机构之间形成抱紧轨道的滑动空间实现反馈缓冲底盘与轨道的固定，而且轨道抱紧快拆机构与底盘主板的板面后端铰接并与动力机构可拆卸连接，从而使得反馈缓冲底盘方便拆装或维修，可提高实用性。
所述动力机构包括卡扣固定座、电机、与轨道相触的驱动轮和驱动轮固定支撑板；所述卡扣固定座安装在底盘主板的板面前端；所述驱动轮固定支撑板的两端分别与卡扣固定座连接，驱动轮安装在驱动轮固定支撑板上并与电机连接，驱动轮位于滑动空间内部；工作时，电机带动驱动轮在轨道上转动，以带动反馈缓冲底盘运动。
所述轨道抱紧快拆机构包括底板、侧板、轴承座和光轴；所述轴承座安装在底盘主板的板面后端，光轴穿设在轴承座上；所述侧板与底板垂直连接并与光轴连接，侧板通过光轴和轴承座实现与底盘主板铰接。
所述轨道抱紧快拆机构还包括卡扣组件和与卡扣固定座相接的接合管；所述接合管设置在底板的内侧面；所述卡扣组件包括卡扣勾和卡扣拉环；所述卡扣勾设置在接合管端部，卡扣拉环安装在卡扣固定座的侧壁，当轨道抱紧快拆机构与动力机构连接时，接合管与卡扣固定座相接，并通过卡扣勾与卡扣拉环扣合实现轨道抱紧快拆机构与动力机构的锁定。
所述编码器测距机构设置在侧板上，并包括定位板、编码器和用于保证编码器与轨道相触的弹性限位件；所述定位板与侧板连接，弹性限位件和编码器均设置在定位板上；所述弹性限位件位于编码器两侧并与编码器连接。
所述弹性限位件包括设置在定位板上的限位座、弹簧和固定件；所述弹簧的两端分别与限位座和固定件连接，固定件与编码器连接。
所述从动轮组包括若干个用于与轨道端面滑动的从动轮一和若干个用于与轨道侧面滑动的从动轮二；所述从动轮一设置在底板上；所述从动轮二设置在侧板上。
该反馈缓冲底盘还包括设置在底盘主板两侧的缓冲避震机构；所述缓冲避震机构包括防撞固定件、油压缓冲器、防撞板和轻触开关；所述防撞固定件与底盘主板连接；所述油压缓冲器的固定端与防撞固定件连接，移动端朝外并与防撞板连接；所述轻触开关设置在防撞固定件上，并与防撞板相对设置。
本发明设计的轻触开关与编码器组成限位和保护装置，不仅可以适用于传统激光测距不能正常使用的复杂环境，而且对底盘运动的位置进行调整纠正，从而进一步提高机器人定位的精确度。
一种应用于轨道机器人的反馈缓冲底盘的控制方法，其特征在于：设置有上述的反馈缓冲底盘；轨道抱紧快拆机构与动力机构以可开合的可拆卸连接方式，实现反馈缓冲底盘的安装和拆卸；
当轨道抱紧快拆机构与动力机构连接并将轨道抱紧于滑动空间时，控制与轨道相触的动力机构驱动使得底盘主板移动，此时，编码器测距机构与轨道相触可获取反馈缓冲底盘的位置信息以反馈控制缓冲底盘的运动定位；
所述编码器测距机构与轨道相触可获取反馈缓冲底盘的位置信息以反馈控制缓冲底盘的运动定位是指：使用串级pid算法，将串级pid外环控制器的输出作为内环控制器的设定值，由内环控制器的输出控制反馈缓冲底盘运动，包括以下步骤：
第一步，先行设置目标位置为期望值，以编码器测距机构反馈的位置信息为反馈值，形成串级pid外环控制器的位置环，计算出位置环的输出值；
第二步，以位置环的输出值为期望值，以驱动动力机构的转速为反馈值，形成串级pid内环控制器的速度环，速度环的输出值作为驱动动力机构的给定电流，实现驱动反馈缓冲底盘的运动，以达到精确定位。
本发明还包括对出现异常的编码器测距机构的数据进行调节纠正的步骤：
当编码器测距机构出现异常使得反馈缓冲底盘与轨道边缘撞击时，轻触开关反馈高电平，重新记录当前编码器测距机构反馈的位置信息，并以当前位置设为反馈缓冲底盘的运动起始点，实现编码器测距机构的数据重置纠正；
若反馈高电平的次数超过预设值，则判断编码器测距机构出现异常次数超过预设范围，则停止反馈缓冲底盘的运动，并报故障。
本发明的应用于轨道机器人的反馈缓冲底盘的控制方法采用编码器测距机构与轻触开关相配合，可不受环境的影响则可实现精确定位。另外，本发明可通过轻触开关的反馈对出现异常情况的编码器测距机构的数据进行调整纠正，从而实现定位数据的重置，当判断编码器测距机构出现异常次数超过预设范围，则可停止反馈缓冲底盘的运动，并报故障，从而保证机器人运动作业的可靠性。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：
1、本发明应用于轨道机器人的反馈缓冲底盘可解决现有技术中因环境复杂导致机器人定位不精确的问题，从而提高机器人运动的稳定性和定位的精确度。
2、本发明应用于轨道机器人的反馈缓冲底盘可便于拆装维修，从而提高实用性。
3、本发明反馈缓冲底盘的控制方法可对底盘运动的位置进行调整纠正，从而进一步提高机器人定位的精确度。
附图说明
图1是本发明反馈缓冲底盘闭合状态的示意图；
图2是本发明反馈缓冲底盘打开状态的示意图；
图3是本发明反馈缓冲底盘安装在轨道上的示意图；
图4是本发明反馈缓冲底盘安装在轨道上的侧面示意图；
图5是本发明反馈缓冲底盘中编码器测距机构的示意图；
图6是本发明反馈缓冲底盘中卡扣组件与卡扣固定座卡扣连接的示意图；
图7是本发明反馈缓冲底盘中缓冲避震机构的示意图；
其中，1为底盘主板、2为动力机构、2.1为卡扣固定座、2.2为电机、2.3为驱动轮、2.4为驱动轮固定支撑板、3为编码器测距机构、3.1为定位板、3.2为编码器、3.3为限位座、3.4为弹簧、3.5为固定件、3.6为垫宽件、4为轨道抱紧快拆机构、4.1为底板、4.2为侧板、4.3为轴承座、4.4为光轴、4.5为接合管、4.6为卡扣勾、4.7为卡扣拉环、5为从动轮组、5.1为从动轮一、5.2为从动轮二、6为轨道、7为缓冲避震机构、7.1为防撞固定件、7.2为油压缓冲器、7.3为防撞板、7.4为轻触开关。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例
如图1至图7所示，本发明应用于轨道机器人的反馈缓冲底盘包括底盘主板1、动力机构2、编码器测距机构3、轨道抱紧快拆机构4和从动轮组5，其中，动力机构2设置在底盘主板1的板面前端，轨道抱紧快拆机构4与底盘主板1的板面后端铰接并与动力机构2可拆卸连接，轨道抱紧快拆机构4与动力机构2连接后，轨道抱紧快拆机构4、底盘主板1和动力机构2之间形成抱紧轨道的滑动空间，而从动轮组5设置在轨道抱紧快拆机构4上并位于滑动空间内，编码器测距机构3设置在轨道抱紧快拆机构4上并位于滑动空间内；当反馈缓冲底盘通过滑动空间在轨道6运动时，通过与轨道6相触的编码器测距机构3获取反馈缓冲底盘的位置信息以反馈控制缓冲底盘的运动定位。
具体地说，动力机构2包括卡扣固定座2.1、电机2.2、与轨道6相触的驱动轮2.3和驱动轮固定支撑板2.4，其中，卡扣固定座2.1安装在底盘主板1的板面前端，驱动轮固定支撑板2.4的两端分别与卡扣固定座2.1连接，驱动轮2.3安装在驱动轮固定支撑板2.4上并与电机2.2连接，驱动轮2.3位于滑动空间内部；工作时，电机2.2带动驱动轮2.3在轨道6上转动，以带动反馈缓冲底盘运动。
本发明的轨道抱紧快拆机构4包括底板4.1、侧板4.2、轴承座4.3和光轴4.4，其中，轴承座4.3安装在底盘主板1的板面后端，光轴4.4穿设在轴承座4.3上，侧板4.2与底板4.1垂直连接并与光轴4.4连接，侧板4.2通过光轴4.4和轴承座4.3实现与底盘主板1铰接。该轨道抱紧快拆机构4还包括卡扣组件和与卡扣固定座2.1相接的接合管4.5，接合管4.5设置在底板4.1的内侧面，卡扣组件包括卡扣勾4.6和卡扣拉环4.7，该卡扣勾4.6设置在接合管4.5端部，卡扣拉环4.7安装在卡扣固定座2.1的侧壁，当轨道抱紧快拆机构4与动力机构2连接时，接合管4.5与卡扣固定座2.1相接，并通过卡扣勾4.6与卡扣拉环4.7扣合实现轨道抱紧快拆机构4与动力机构2的锁定。
本发明编码器测距机构3设置在侧板4.2上，并包括定位板3.1、编码器3.2和用于保证编码器3.2与轨道6相触的弹性限位件，其中，该弹性限位件包括设置在定位板3.1上的限位座3.3、弹簧3.4和固定件3.5，该定位板3.1与侧板4.2连接，弹性限位件和编码器3.2均设置在定位板3.1上，固定件3.5位于编码器3.2两侧并与编码器3.2连接，而弹簧3.4的两端分别与限位座3.3和固定件3.5连接。编码器测距机构3还包括设置在定位板3.1上的垫宽件3.6，其作用是加宽编码器3.2和轨道6的距离。
本实施例的从动轮组5包括若干个用于与轨道6端面滑动的从动轮一5.1和若干个用于与轨道6侧面滑动的从动轮二5.2，其中，从动轮一5.1设置在底板4.1上，从动轮二5.2设置在侧板4.2上。该从动轮组5起到限位导向的作用。
该反馈缓冲底盘还包括设置在底盘主板1两侧的缓冲避震机构7，该缓冲避震机构7包括防撞固定件7.1、油压缓冲器7.2、防撞板7.3和轻触开关7.4，其中，防撞固定件7.1与底盘主板1连接，油压缓冲器7.2的固定端与防撞固定件7.1连接，移动端朝外并与防撞板7.3连接，轻触开关7.4设置在防撞固定件7.1上，并与防撞板7.3相对设置。
本发明应用于轨道机器人的反馈缓冲底盘的控制方法是这样的：
当轨道抱紧快拆机构4与动力机构2连接并将轨道6抱紧于滑动空间时，控制与轨道6相触的动力机构2驱动使得底盘主板1移动，此时，编码器测距机构3的编码器3.2与轨道6相触可获取反馈缓冲底盘的位置信息以反馈控制缓冲底盘的运动定位。
具体地说，编码器测距机构3的编码器3.2与轨道6相触可获取反馈缓冲底盘的位置信息以反馈控制缓冲底盘的运动定位是指：使用串级pid算法，将串级pid外环控制器的输出作为内环控制器的设定值，由内环控制器的输出控制反馈缓冲底盘运动，包括以下步骤：
第一步，先行设置目标位置为期望值，以编码器测距机构3反馈的位置信息为反馈值，形成串级pid外环控制器的位置环，计算出位置环的输出值；
第二步，以位置环的输出值为期望值，以驱动动力机构2的转速为反馈值，形成串级pid内环控制器的速度环，速度环的输出值作为驱动动力机构2的给定电流，实现驱动反馈缓冲底盘的运动，以达到精确定位。
本发明是以单圈绝对编码器作为多圈编码器使用的，具体算法为：选取编码器3.2能反馈分辨率为1024的编码值对应转子角度0-360°，实事反馈编码值作encoder_ecd，每一次加入循环都记录一次当前反馈编码值作encoder_last_ecd，用encoder_ecd与encoder_last_ecd作差，若差值大于512，则把记录圈数自减一，若差值小于-512，则把记录圈自增一，转换为多圈编码器的反馈编码值作encoder_total_ecd等于记录圈数乘反馈分辨率(1024)加实事反馈编码值，按比例除以反馈编码值对应角度的比值，得转换为多圈编码器反馈的角度。
本发明的控制方法还包括对出现异常的编码器测距机构3的数据进行调节纠正的步骤：
当编码器测距机构3出现异常使得反馈缓冲底盘与轨道6边缘撞击时，轻触开关7.4反馈高电平，重新记录当前编码器测距机构3反馈的位置信息，并以当前位置设为反馈缓冲底盘的运动起始点，实现编码器测距机构3的数据重置纠正；
若反馈高电平的次数超过预设值，则判断编码器测距机构3的编码器3.2出现异常次数超过预设范围，则停止反馈缓冲底盘的运动，并报故障。
具体工作过程为：
1、起始点初始化，本发明选取的电机2.2的型号为RM3508，其可反馈电机转子转速、电机实际转矩电流。当初始化开始时，反馈缓冲底盘先向左方向慢速移动，当电机2.2发生堵转(即反馈缓冲底盘的左侧与轨道6边缘撞击，此时，轻触开关7.4反馈高电平)，电机2.2反馈的转子转速和实际转矩电流数据异常，记录当前编码器3.2反馈的位置信息并以当前位置设为反馈缓冲底盘的运动起始点，记录计算可移动的极限距离。
2、起始点初始化完成后，驱动反馈缓冲底盘向右方向慢速移动，当电机2.2发生堵转(即反馈缓冲底盘的右侧与轨道6边缘撞击，此时，轻触开关7.4反馈高电平)，电机2.2反馈的转子转速和实际转矩电流数据异常时，记录当前编码器3.2反馈的位置信息并以当前位置设为反馈缓冲底盘的运动起始点，将位置信息与运动起始点位置对比进行运算得出可移动的极限距离。
若反馈高电平的次数超过预设值，则判断编码器测距机构3的编码器3.2出现异常次数超过预设范围，则停止反馈缓冲底盘的运动，并报故障。
本发明的应用于轨道机器人的反馈缓冲底盘的控制方法采用编码器测距机构3与轻触开关7.4相配合，可不受环境的影响则可实现精确定位。另外，本发明可通过轻触开关7.4的反馈对出现异常情况的编码器测距机构3的数据进行调整纠正，从而实现定位数据的重置，当判断编码器测距机构3出现异常次数超过预设范围，则可停止反馈缓冲底盘的运动，并报故障，从而保证机器人运动作业的可靠性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种应用于轨道机器人的反馈缓冲底盘的控制方法，其特征在于：设置有应用于轨道机器人的反馈缓冲底盘，该反馈缓冲底盘包括底盘主板、动力机构、编码器测距机构、轨道抱紧快拆机构和从动轮组；所述动力机构设置在底盘主板的板面前端，轨道抱紧快拆机构与底盘主板的板面后端铰接并与动力机构可拆卸连接，轨道抱紧快拆机构与动力机构连接后，轨道抱紧快拆机构、底盘主板和动力机构之间形成抱紧轨道的滑动空间；所述从动轮组设置在轨道抱紧快拆机构上并位于滑动空间内；所述编码器测距机构设置在轨道抱紧快拆机构上并位于滑动空间内；当反馈缓冲底盘通过滑动空间在轨道运动时，通过与轨道相触的编码器测距机构获取反馈缓冲底盘的位置信息以反馈控制缓冲底盘的运动定位；
所述动力机构包括卡扣固定座、电机、与轨道相触的驱动轮和驱动轮固定支撑板；所述卡扣固定座安装在底盘主板的板面前端；所述驱动轮固定支撑板的两端分别与卡扣固定座连接，驱动轮安装在驱动轮固定支撑板上并与电机连接，驱动轮位于滑动空间内部；工作时，电机带动驱动轮在轨道上转动，以带动反馈缓冲底盘运动；
所述轨道抱紧快拆机构包括底板、侧板、轴承座和光轴；所述轴承座安装在底盘主板的板面后端，光轴穿设在轴承座上；所述侧板与底板垂直连接并与光轴连接，侧板通过光轴和轴承座实现与底盘主板铰接；
所述编码器测距机构设置在侧板上，并包括定位板、编码器和用于保证编码器与轨道相触的弹性限位件；所述定位板与侧板连接，弹性限位件和编码器均设置在定位板上；所述弹性限位件位于编码器两侧并与编码器连接；
该反馈缓冲底盘还包括设置在底盘主板两侧的缓冲避震机构；所述缓冲避震机构包括防撞固定件、油压缓冲器、防撞板和轻触开关；所述防撞固定件与底盘主板连接；所述油压缓冲器的固定端与防撞固定件连接，移动端朝外并与防撞板连接；所述轻触开关设置在防撞固定件上，并与防撞板相对设置；
该控制方法为：当轨道抱紧快拆机构与动力机构连接并将轨道抱紧于滑动空间时，控制与轨道相触的动力机构驱动使得底盘主板移动，此时，编码器测距机构与轨道相触可获取反馈缓冲底盘的位置信息以反馈控制缓冲底盘的运动定位；
所述编码器测距机构与轨道相触可获取反馈缓冲底盘的位置信息以反馈控制缓冲底盘的运动定位是指：使用串级pid算法，将串级pid外环控制器的输出作为内环控制器的设定值，由内环控制器的输出控制反馈缓冲底盘运动，包括以下步骤：
第一步，先行设置目标位置为期望值，以编码器测距机构反馈的位置信息为反馈值，形成串级pid外环控制器的位置环，计算出位置环的输出值；
第二步，以位置环的输出值为期望值，以驱动动力机构的转速为反馈值，形成串级pid内环控制器的速度环，速度环的输出值作为驱动动力机构的给定电流，实现驱动反馈缓冲底盘的运动，以达到精确定位；
还包括对出现异常的编码器测距机构的数据进行调节纠正的步骤：
当编码器测距机构出现异常使得反馈缓冲底盘与轨道边缘撞击时，轻触开关反馈高电平，重新记录当前编码器测距机构反馈的位置信息，并以当前位置设为反馈缓冲底盘的运动起始点，实现编码器测距机构的数据重置纠正；
若反馈高电平的次数超过预设值，则判断编码器测距机构出现异常次数超过预设范围，则停止反馈缓冲底盘的运动，并报故障。
2.根据权利要求1所述的应用于轨道机器人的反馈缓冲底盘的控制方法，其特征在于：所述轨道抱紧快拆机构还包括卡扣组件和与卡扣固定座相接的接合管；所述接合管设置在底板的内侧面；所述卡扣组件包括卡扣勾和卡扣拉环；所述卡扣勾设置在接合管端部，卡扣拉环安装在卡扣固定座的侧壁，当轨道抱紧快拆机构与动力机构连接时，接合管与卡扣固定座相接，并通过卡扣勾与卡扣拉环扣合实现轨道抱紧快拆机构与动力机构的锁定。
3.根据权利要求1所述的应用于轨道机器人的反馈缓冲底盘的控制方法，其特征在于：所述弹性限位件包括设置在定位板上的限位座、弹簧和固定件；所述弹簧的两端分别与限位座和固定件连接，固定件与编码器连接。
4.根据权利要求1所述的应用于轨道机器人的反馈缓冲底盘的控制方法，其特征在于：所述从动轮组包括若干个用于与轨道端面滑动的从动轮一和若干个用于与轨道侧面滑动的从动轮二；所述从动轮一设置在底板上；所述从动轮二设置在侧板上。
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